[發明專利]一種碲化鎘量子點敏化氧化鎳光電極的制備方法

在審

• 申請號: 201410841085.6
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104451765A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 董玉明;毋瑞仙;陸可鈺;蔣平平;王光麗
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提出一種負載鎳鹽的碲化鎘量子點敏化氧化鎳光電極的制備方法，屬于材料科學技術領域和光電催化制氫領域。

背景技術

全球能源危機的日益嚴重使新型能源的研究備受世界各國的關注。其中氫氣因其來源豐富、清潔無污染、燃燒高效等優點，被認為是最理想的能源載體。分解水制氫是有可能實現大規模生產氫氣的重要方法之一。而利用太陽能分解水產氫，將太陽能轉換為存儲于氫能源中的化學能，這就提供了一種獲得氫氣的廉價、便捷的方法。半導體光電極是光電化學產氫的關鍵。NiO作為傳遞空穴的p型半導體，具有較寬的帶隙，良好的熱穩定性和化學穩定性。而量子點因其獨特的光電性能和低廉的成本被用作敏化劑，常用的量子點材料一般是PbS、CdSe、CdS和CdTe等，由于CdTe有較高的光學系數和較窄的帶隙，可以有效的吸收可見光從而被廣泛的研究。NiO與量子點復合制備光電極，利用多激子效應，可以有效地提高光電流，快速導走光激發產生的空穴，避免電子與空穴的復合。

光電催化產氫中電極的選擇、結構的設計及制備工藝的優化對降低電極成本、提高催化劑利用率及降低電解能耗起到非常重要的作用。Pt等貴金屬具有十分優良的催化活性，但由于價格昂貴，難以在工業生產中大規模使用，因此，研究開發低成本、高活性、且產氫電位低的非貴金屬材料新型光電陰極非常重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種負載鎳鹽的碲化鎘量子點敏化氧化鎳光電極的制備方法，以碲化鎘量子點為光敏劑吸收可見光，在存在助催化劑鎳鹽和低的過電勢情況下，通過光電化學方法制備高效光電極光電催化分解水產氫的方法，可以簡單快捷實現由碲化鎘量子點通過吸收可見光子原位制備高效光電極并分解水制氫。本方法無需鉑等貴金屬材料，就可以在光照下原位生成高效穩定、成本低、合成簡便的光電極進行催化產氫。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

(1)MPA-CdTe的制備：采用碲粉為碲源，以硼氫化鈉和碲粉的摩爾比為2∶1還原碲粉生成NaHTe，以CdCl₂·2.5H₂O為鎘源，巰基丙酸為穩定劑，在Cd∶MPA∶Te＝1∶2.4∶0.5的摩爾比下溶解于水中并攪拌，同時用1mol/L的NaOH調節pH約為11，得到Cd的前驅液；將配置好的NaHTe和Cd的前驅液加入三口燒瓶，攪拌并通氮氣20min，在三口燒瓶上端加一冷凝管，在90℃加熱回流，反應時間以5小時為宜，反應結束后，用丙酮洗滌，離心后得到MPA-CdTe?QDs；

(2)ITO導電玻璃預處理：丙酮浸泡2h，乙醇浸泡2h，然后在KOH的異丙醇溶液中加熱回流15min，取出用去離子水清洗，干燥；

(3)NiO電極的制備：將0.25mol/L的Ni(NO₃)₂·6H₂O和0.25mol/L的C₆H₁₂N₄混合溶于水中，充分攪拌溶解；將ITO玻璃加入上述溶液，加熱12min，取出自然冷卻至室溫，去離子水洗滌，風干，馬弗爐中300℃下煅燒30min，即可得到NiO電極；

(4)MPA-CdTe?QDs光電極的制備：將制得的MPA-CdTe?QDs溶液調節pH約為10，放入制好的NiO電極，黑暗情況下吸附12h，取出干燥，即可得到NiO/CdTe?QDs電極；

(5)采用CHI600電化學工作站，以步驟(4)中的電極為工作電極，Pt網電極為對電極，Ag/AgCl為參比電極，置于由0.30mol/L?C₆H₁₂N₄，0.20mol/L?KCl，0.10mol/L?HCl配置而成的緩沖液中，加入1.0×10^-3?mol/L?NiCl₂·6H₂O作為助催化劑，使其處于密封的氮氣氛圍中，在波長大于400nm的氙燈下照射，電壓為-0.643V下進行光電催化產氫實驗。

本發明的優點：

(1)本發明中MPA-CdTe的制備方法操作簡單，原料易得。

(2)本發明利用水熱法制備NiO電極，簡單易行，成本低廉。

(3)本發明利用量子點和無機鹽的結合，有效地提高光電流，快速導走光激發產生的空穴，避免電子與空穴的復合。

(4)本發明通過碲化鎘量子點通過吸收可見光子原位制備高效光電極并分解水制氫。